Risposta al carico soleo durante la deambulazione

I partecipanti sono assegnati a un singolo gruppo in questo studio scientifico di base. Il protocollo include il test di un dispositivo per caviglia alimentato indossabile e il suo algoritmo di controllo durante la deambulazione su tapis roulant. Il dispositivo robotico della caviglia è fissato al polpaccio e al piede del partecipante utilizzando un'ortesi caviglia-piede in plastica e cinturini in velcro. Il dispositivo robotico per la caviglia verrà indossato sul lato danneggiato mentre il lato controlaterale è libero durante la deambulazione. Il partecipante posiziona il piede (lato emiparetico) sul dispositivo robotico della caviglia utilizzando il telaio ortopedico personalizzato. L'articolazione meccanica del dispositivo è allineata con il centro dell'articolazione della caviglia del partecipante. Una cinghia avvolta attorno alla circonferenza del gambo attacca la gamba del partecipante al dispositivo della caviglia per garantire che l'articolazione meccanica ruoti l'articolazione della caviglia. La vestibilità non dovrebbe essere scomodamente stretta, ma abbastanza stretta da impedire uno spostamento relativo (indesiderato). I cavi sono collegati a una coppia di motori elettrici che applicano la coppia nella direzione della flessione plantare e dorsale. Il dispositivo raccoglie le misurazioni dell'angolo articolare. I motori sono regolati utilizzando l'angolo dell'articolazione della caviglia in modo tale che il dispositivo robotico applichi le perturbazioni della rotazione della caviglia per indurre cambiamenti nell'attività del muscolo soleo. Il dispositivo della caviglia integra sensori di pressione posizionati sotto la pianta del piede in corrispondenza del tallone e della punta per raccogliere le forze di reazione del suolo verticale.

I sensori elettromiografici (EMG) sono posizionati sui gruppi muscolari soleo e tibiale anteriore. I sensori EMG sono incollati utilizzando un nastro biocompatibile per fissare i sensori alla pelle. L'attività EMG viene amplificata, filtrata passa-banda (10-1000 Hz), campionata a 3000 Hz e memorizzata. Un membro dello studio sarà disponibile per assistere i partecipanti a posizionare i sensori EMG. La frequenza cardiaca e la pressione sanguigna vengono monitorate prima dell'inizio del protocollo. La cinematica dell'articolazione della caviglia, del ginocchio e dell'anca viene registrata bilateralmente utilizzando elettrogoniometri indossabili. I partecipanti indossano un'imbracatura di sicurezza collegata a un sistema portatile (binario aereo e treppiede) per evitare cadute senza limitare il movimento. Un pulsante di arresto di emergenza è disponibile per i partecipanti per interrompere immediatamente l'esperimento. I partecipanti possono richiedere verbalmente al personale di premere il pulsante di arresto di emergenza.

I partecipanti camminano a una velocità veloce e confortevole autoselezionata (ad es. 3,5-4 km/h) durante brevi periodi di camminata su tapis roulant (4-6 minuti per incontro). Il tapis roulant è controllato esternamente da un computer per regolare la velocità del nastro. La sessione di deambulazione dovrebbe durare circa 60-90 minuti per evitare affaticamento e cambiamenti variabili nel tempo nelle risposte muscolari. Durante il riscaldamento, la contrazione volontaria massima dei flessori plantari (MVC) viene raccolta in posizione eretta e la cinematica dell'andatura, l'EMG muscolare e le forze di reazione al suolo vengono registrate camminando senza indossare il dispositivo robotico della caviglia.

Dopo il riscaldamento, mentre si cammina sul tapis roulant indossando il dispositivo robotico, verranno applicate rotazioni della caviglia utilizzando l'algoritmo sviluppato per evocare la risposta al carico del soleo durante la fase di appoggio medio-tardiva. L'algoritmo di controllo applica le perturbazioni della caviglia, che sono spostamenti dalla cinematica naturale della caviglia per indirizzare la risposta al carico del soleo nella fase di appoggio medio-tardiva ogni 4-6 cicli di andatura per prevenire l'assuefazione. L'entità della perturbazione, la velocità e la tempistica sono controllate durante la camminata sul tapis roulant. A causa dei parametri unici della perturbazione (entità e velocità) applicati dal dispositivo, il rischio di caduta è minimo perché viene applicato per un breve periodo nella fase di appoggio per evocare una risposta muscolare (ad esempio, è analogo a uno stiramento meccanico riflesso). Quindi, la perturbazione non viene applicata per guidare o assistere il movimento della caviglia, che avrà una grande influenza sulla cinematica dell'andatura. Al di fuori della finestra di perturbazione all'interno della posizione, il controllo della caviglia è disattivato.

Per ogni ciclo di passi, sono possibili solo due condizioni. O il partecipante è in una condizione perturbata o imperturbata. Durante i cicli di passi perturbati, il partecipante indossa il dispositivo della caviglia e applica la forza per modificare il movimento caviglia-piede (ovvero, il dispositivo è attivato). Durante i cicli di passi imperturbati, il partecipante indossa il dispositivo della caviglia, ma non applica forza per modificare il movimento caviglia-piede (ovvero, il dispositivo è passivo e non attivo).

Una sessione di deambulazione consiste in 4-5 periodi di deambulazione che alternano passi perturbati e imperturbati (fino a raccogliere dati di circa 30 passi perturbati e imperturbati per sessione di deambulazione) lasciando almeno un passo imperturbato prima di un passo perturbato. Le pause di riposo sono previste tra i periodi.

Il team dello studio monitorerà continuamente il partecipante durante una sessione di deambulazione e richiederà verbalmente un feedback per garantire il comfort e la sicurezza del partecipante. Sono previste protezioni software automatiche e manuali per interrompere la sessione se le prestazioni superano gli intervalli di velocità o coppia sicuri/desiderati. La sessione di deambulazione termina con un defaticamento per misurare la cinematica articolare, l'EMG muscolare e la propulsione durante la deambulazione senza indossare il dispositivo. Al termine degli esperimenti, i sensori indossabili verranno delicatamente rimossi dal corpo. Il personale dello studio aiuterà il partecipante a togliere il dispositivo alla caviglia.

Lo studio coinvolge un singolo gruppo che ha arruolato 15 individui senza condizioni neurologiche note o storia di lesioni ortopediche. I cambiamenti nell'EMG del soleo saranno confrontati tra passi perturbati e imperturbati durante una sessione di deambulazione. Per la misura primaria (risposta EMG soleo), la differenza tra l'EMG non perturbato e perturbato sarà valutata dal test t di Student La dimensione del campione per gli individui normodotati ci consente di stimare, con un livello di confidenza bilaterale del 95% ciascuno, la risposta EMG del soleo alla perturbazione entro un margine di errore del 5,4% EMG non perturbato. Questo calcolo si basa su uno studio precedente, in cui un'analisi di gruppo con un s.d. È stata osservata una variazione dello 0,87% (% EMG non perturbato) nell'EMG del soleo in risposta a una perturbazione del movimento articolare di 1 grado/s durante la fase di appoggio medio-tardiva (ovvero, la variazione nell'EMG del soleo è linearmente correlata alla velocità e /o ampiezza delle perturbazioni). Un simile s.d. è assunto per lo studio proposto, che produce una dimensione del campione di N=15 individui normodotati. Inoltre, verrà studiato un campione di 5 partecipanti con emiparesi e deficit dell'andatura dovuti a un ictus per esaminare la fattibilità degli algoritmi e del dispositivo proposti per evocare la risposta al carico del soleo. A causa della mancanza di disponibilità di dati con i partecipanti post-ictus, s.d. cambiamento % soleo imperturbato EMG non può essere definito prima di condurre test con individui dopo l'ictus. Pertanto, questo studio pilota fornirà risultati preliminari per caratterizzare l'EMG del soleo a causa delle perturbazioni applicate nelle persone post-ictus.